Código Morse y Telégrafos
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Questions and Answers

¿Cuáles son los estados de corriente que permiten enviar mensajes simultáneamente?

  • +3, +1, -1, -5
  • +4, +0, -2, -3
  • +3, +1, -1, -3 (correct)
  • +2, +1, -1, -4
  • ¿Cuál es la principal complicación del ruido en cables subterráneos y submarinos?

  • Dificulta la distinción entre señales (correct)
  • Elimina las corrientes indeseables
  • Aumenta la velocidad de transmisión
  • Mejora la calidad de la señal
  • ¿Quién fue el matemático conocido por sus cálculos sobre la corriente en cables submarinos?

  • Henri Poincaré
  • Joseph Fourier
  • Alexander Graham Bell
  • William Thomson (correct)
  • ¿Qué fenómeno puede provocar cambios en la amplitud y fase de una onda sinusoidal transmitida?

    <p>La frecuencia de la onda sinusoidal</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es una de las contribuciones importantes de Joseph Fourier en el estudio de las comunicaciones?

    <p>Demostrar que cualquier variación temporal puede describirse mediante oscilaciones sinusoidales</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es la relación entre la longitud de las combinaciones de puntos y rayas y la frecuencia de uso de las letras en el código Morse?

    <p>Las letras más comunes tienen combinaciones más cortas.</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es una desventaja de usar guiones en la comunicación a través del código Morse?

    <p>Requieren más tiempo que transmitir puntos.</p> Signup and view all the answers

    ¿Cómo mejora el telégrafo de dos corrientes la velocidad de envío de mensajes?

    <p>Asigna corrientes positivas para puntos y negativas para líneas.</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál de las afirmaciones sobre el telégrafo cuádruplex de Thomas Edison es correcta?

    <p>Permite variar tanto la intensidad como la dirección de la corriente eléctrica.</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál fue el método utilizado para determinar la asignación de las secuencias de puntos y rayas en el código Morse?

    <p>Conteo de letras en los compartimentos de una imprenta.</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué ocurre con la intensidad del sonido cuando la distancia desde la fuente se duplica?

    <p>La intensidad se reduce a un cuarto.</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál de los siguientes niveles de decibeles corresponde a un sonido que es 100 veces más intenso que el umbral de audición?

    <p>20 dB</p> Signup and view all the answers

    Si un sonido tiene una intensidad de $1 * 10^{-10}$ W/m², ¿cuál es su nivel sonoro en decibeles?

    <p>20 dB</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es el sonido más fuerte que el oído humano puede detectar sin daño físico?

    <p>Despegue de aviones militares</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es la relación entre la intensidad y la distancia desde la fuente de sonido?

    <p>Relación inversa cuadrática.</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué determina la cantidad de energía que se transfiere al medio por la bocina?

    <p>La amplitud de las vibraciones de la membrana</p> Signup and view all the answers

    ¿Cómo se expresa la intensidad de una onda sonora?

    <p>Potencia/área</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué sucede con la intensidad de la onda sonora a medida que aumenta la distancia desde la fuente?

    <p>Disminuye con el aumento de la distancia</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es la relación entre la amplitud de vibración de las partículas del medio y la intensidad de la onda sonora?

    <p>Mayor amplitud corresponde a mayor intensidad de la onda sonora</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es la fórmula correcta para calcular la intensidad de una onda sonora?

    <p>Intensidad = energía/(tiempo x área)</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es el ancho de banda necesario para operar en un canal Wi-Fi de 2.4 GHz?

    <p>22 MHz</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué relación se debe considerar al calcular el límite teórico de transferencia de información de un canal Wi-Fi?

    <p>La relación S/N</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es la magnitud del límite real para un canal de 22 MHz utilizando modulación DSSS?

    <p>11 Mbps</p> Signup and view all the answers

    ¿Cómo se define el factor de velocidad en líneas de transmisión?

    <p>La relación de la velocidad real de propagación entre la velocidad de la luz</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué factor afecta la velocidad de propagación de una onda electromagnética a lo largo de una línea de transmisión?

    <p>La capacitancia y la inductancia</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué representa la letra 'I' en la ley de Hartley?

    <p>Capacidad de información en bits por segundo</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es la relación entre el ancho de banda y la capacidad de información según la ley de Hartley?

    <p>Directa, ambos aumentan proporcionalmente</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué determina el límite de Shannon de capacidad de información?

    <p>La relación señal-ruido y el ancho de banda</p> Signup and view all the answers

    ¿Cómo se representa la relación de señal a ruido en la fórmula del límite de Shannon?

    <p>S/N</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuántos bits de información puede transferir un canal de 2.7 kHz con una relación señal-ruido de 1000?

    <p>26.9 kbps</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál de las siguientes afirmaciones describe correctamente el funcionamiento de una antena dipolo?

    <p>Se excita mediante un campo eléctrico que crea un campo magnético.</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es la principal función de una guía de onda en telecomunicaciones?

    <p>Interconectar eficientemente ondas electromagnéticas.</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es la longitud total de una antena dipolo de media onda en relación con la longitud de onda de la frecuencia a la que está diseñada para operar?

    <p>La mitad de la longitud de onda</p> Signup and view all the answers

    ¿Por qué se considera que la antena dipolo es la antena práctica más simple?

    <p>Sus dimensiones y orientaciones son fáciles de manejar.</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué ocurre cuando se aplica una señal eléctrica en el punto central de una antena dipolo de media onda?

    <p>Los electrones se mueven hacia arriba y hacia abajo</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál de los siguientes materiales es el más adecuado para construir una guía de onda?

    <p>Metal, para evitar la absorción de microondas.</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué tipo de antena se utiliza comúnmente para aplicaciones específicas en distintas frecuencias?

    <p>Antenas de array.</p> Signup and view all the answers

    ¿Cómo se caracteriza el patrón de radiación de una antena dipolo de media onda?

    <p>Tiene forma de dona o toroide</p> Signup and view all the answers

    ¿Dónde se alimenta a una antena dipolo de media onda para maximizar la transferencia de energía?

    <p>En el centro de la antena</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué tipo de polarización tienen las ondas generadas por una antena dipolo de media onda si la antena es instalada verticalmente?

    <p>Polarización vertical</p> Signup and view all the answers

    ¿Cómo se representa un número complejo en términos de sus partes real e imaginaria?

    <p>z=x + yi</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es la función principal de la transformada de Fourier?

    <p>Convertir una señal del dominio del tiempo al dominio de la frecuencia.</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué técnica se utiliza para obtener la forma de onda del tiempo a partir del espectro de frecuencia?

    <p>Transformada de Fourier inversa.</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué representa el término W(f) en la transformada de Fourier?

    <p>La transformada de Fourier de la señal en el dominio de la frecuencia.</p> Signup and view all the answers

    ¿Cómo se expresa un número complejo en su forma polar?

    <p>En términos de su magnitud y ángulo.</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es la transformada de Fourier del pulso rectangular w(t) definido en el rango $-T ≤ t ≤ T$?

    <p>$2T ext{sinc}(2 ext{π}fT)$</p> Signup and view all the answers

    En el gráfico de amplitud de frecuencias, ¿qué indica una fase diferente de cero para los armónicos?

    <p>Los armónicos están desfasados entre sí.</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué representa la gráfica del diagrama de fases espectrales?

    <p>El desfase entre las componentes de onda en función de la frecuencia.</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué sucede con la transformada de Fourier cuando se presenta un pulso desfasado?

    <p>Incorpora un término que refleja el desfase.</p> Signup and view all the answers

    ¿Cómo se expresa la transformada de un pulso exponencial w(t) con decaimiento que se activa cuando t = 0?

    <p>$ rac{1 - ext{e}^{-jω}}{jω}$</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es la característica principal de un filtro pasa bajo?

    <p>Permite el paso de frecuencias bajas.</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué tipo de filtro se considera activo?

    <p>Filtro que presenta ganancia en la salida.</p> Signup and view all the answers

    ¿Cómo se clasifica un filtro que atenúa señales sin usar amplificadores?

    <p>Filtro pasivo.</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué define un filtro pasa banda?

    <p>Permite el paso únicamente de un rango específico de frecuencias.</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es la principal función de los filtros digitales?

    <p>Ser diseñados como programas para manipular señales.</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es la función principal de un filtro en el sistema 4f?

    <p>Alterar las frecuencias de la imagen.</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué ocurre cuando se utiliza un filtro pasa bajas en el sistema 4f?

    <p>Las frecuencias bajas forman la imagen más borrosa.</p> Signup and view all the answers

    En un sistema 4f, ¿qué representa el plano de Fourier?

    <p>El lugar para manipular frecuencias con filtros.</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué ocurre si se coloca un filtro pasa banda en el sistema 4f?

    <p>Deja pasar frecuencias intermedias entre las altas y bajas.</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es la configuración básica de un sistema óptico 4f?

    <p>Cuatro distancias f que intercalan lentes y planos.</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál de las siguientes afirmaciones sobre las fuentes de información analógica es correcta?

    <p>Un micrófono es un ejemplo de fuente analógica.</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es una ventaja clave de la comunicación analógica respecto a la digital?

    <p>Usan menos ancho de banda que las señales digitales.</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué característica distingue a una forma de onda digital de una analógica?

    <p>Está definida solo en intervalos discretos de tiempo.</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál de las siguientes desventajas es característica de la comunicación analógica?

    <p>Es más sensible a las interferencias que las señales digitales.</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué afirmación describe mejor la naturaleza de la información en un sistema de comunicación analógica?

    <p>Se propaga como una función continua a lo largo del tiempo.</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es una ventaja de utilizar señales digitales en lugar de señales analógicas?

    <p>Se pueden amplificar sin pérdida de calidad</p> Signup and view all the answers

    En la conversión de señales analógicas a digitales, ¿qué representa el proceso de cuantificación?

    <p>Asignar valores discretos a las muestras</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es uno de los principales inconvenientes de las señales digitales en comparación con las analógicas?

    <p>Puede haber pérdida de información durante el muestreo</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué ocurre cuando la frecuencia de muestreo es mayor en un proceso de muestreo?

    <p>La calidad de la señal mejora</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué se entiende por codificación en el contexto de señales digitales?

    <p>La representación de cada valor cuantificado en código binario</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál de las siguientes opciones describe correctamente las señales periódicas?

    <p>Son ondas que se repiten en el tiempo y el espacio con regularidad.</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es una característica de las señales no periódicas?

    <p>Se presentan aisladamente y sin seguir un patrón.</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué técnica se utiliza para descomponer señales aperiódicas en componentes periódicas?

    <p>Transformada de Fourier.</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es un ejemplo de una onda no periódica?

    <p>Un pulso individual.</p> Signup and view all the answers

    Cómo se clasifican las señales periódicas según si son analógicas o digitales?

    <p>Ambas pueden ser periódicas o aperiódicas.</p> Signup and view all the answers

    Study Notes

    Código Morse

    • El código Morse fue un pionero en la teoría de la comunicación al codificar letras del alfabeto en señales eléctricas.
    • Se asignaron secuencias de puntos y rayas a cada letra, con las letras más comunes teniendo secuencias más cortas.
    • La asignación de secuencias fue estimada contando el número de letras en cada compartimento de la caja de tipos de una imprenta.
    • Aunque no se utilizó ningún método estadístico moderno, el código es bastante eficiente.

    Telégrafos de una y dos corrientes

    • El telégrafo de una corriente utiliza dos estados: ausencia de corriente (0) y presencia de corriente (1).
    • El telégrafo de dos corrientes mejora la velocidad al usar corrientes positivas para puntos, negativas para rayas y nula para espacios.

    Telégrafo Cuádruplex de Thomas Edison

    • Este telégrafo permitía enviar dos mensajes al mismo tiempo al variar tanto la intensidad como la dirección de la corriente.
    • Cuatro estados de corriente (+3, +1, -1, -3) representaban los diferentes valores de 0 y 1 para dos mensajes.

    Ruido

    • El ruido presente en los cables subterráneos y submarinos puede dificultar la distinción entre señales.
    • Las tormentas magnéticas generan señales parásitas en los cables debido a las corrientes inducidas por el campo magnético.
    • El ruido siempre está presente debido al movimiento browniano, la agitación de las moléculas de aire y el movimiento relacionado con el calor.
    • Aumentar la potencia de la señal puede contrarrestar el ruido, pero hay límites en la corriente aplicable debido al riesgo de daños al aislante.

    Primer cable telegráfico transatlántico

    • El fallo del primer cable trasatlántico en 1858, posiblemente debido a la alta corriente, ilustra la importancia de comprender las limitaciones de la corriente.

    Lord Kelvin y Alexander Graham Bell

    • Lord Kelvin calculó con precisión la corriente recibida en un cable submarino al transmitir un punto o guión.
    • El trabajo de Alexander Graham Bell en este campo llevó a la invención del teléfono, que utiliza corrientes con un rango amplio de amplitudes.

    Teoría de Fourier

    • La teoría de Fourier, originalmente desarrollada para el estudio de la transferencia de calor, es crucial para comprender las comunicaciones.
    • Esta teoría afirma que cualquier variación temporal de una magnitud puede describirse mediante la superposición de oscilaciones sinusoidales.
    • Las oscilaciones sinusoidales son útiles porque se mantienen inalteradas en su propagación y se comportan de forma lineal.
    • Aunque las señales pueden atenuarse o experimentar un cambio de fase, las señales de salida mantienen el periodo o frecuencia de las ondas sinusoidales de entrada.

    Velocidad del telégrafo y el trabajo de Harry Nyquist

    • Harry Nyquist estudió la relación entre la velocidad del telegrafo y el número de valores de corriente.
    • La fórmula W = Klog(x), donde W es la velocidad de transmisión, K es una constante, y x el número de símbolos, describe la velocidad de transmisión.
    • El diseño del telégrafo cuádruplex de Edison duplicó la velocidad del primer diseño de telégrafo.
    • La velocidad de transmisión también depende del ancho de banda de las frecuencias utilizadas para transmitir señales telegráficas.

    Evolución de las telecomunicaciones

    • La invención del telégrafo en 1834-1838 marcó el comienzo de una era revolucionaria en las comunicaciones.
    • Se establecieron líneas telegráficas, se tendió el primer cable transatlántico (1858) y se inventó el teléfono (1876).
    • El desarrollo de la comunicación inalámbrica (1900), la televisión (1926), las comunicaciones por microondas (1950s) y la fibra óptica (1980) ha transformado la forma en que nos comunicamos.

    Intensidad del sonido

    • Las ondas sonoras se producen por la vibración de un objeto que comprime y expande las moléculas del medio circundante, creando una perturbación de presión.
    • La energía transportada por la onda sonora depende de la amplitud de las vibraciones del objeto que la produce.
    • La intensidad del sonido es la cantidad de energía que se transporta por unidad de tiempo a través de un área determinada.
    • La intensidad es directamente proporcional a la amplitud de la vibración.
    • La intensidad se expresa en vatios por metro cuadrado (W/m²).
    • La intensidad del sonido disminuye con la distancia desde la fuente.
    • La relación intensidad-distancia es una relación cuadrática inversa: la intensidad varía inversamente con el cuadrado de la distancia.
    • Si la distancia se duplica, la intensidad se reduce a la cuarta parte.

    Umbral de audición y la escala de decibelios

    • El umbral de audición (TOH) es el sonido más débil que el oído humano puede detectar, con una intensidad de 1 * 10^(−12) W/m².
    • La escala de decibelios (dB) es una escala logarítmica utilizada para medir la intensidad del sonido.
    • Se asigna 0 dB al umbral de audición.
    • Cada aumento de 10 dB corresponde a un sonido 10 veces más intenso.
    • El rango de intensidades que puede detectar el oído humano es muy amplio, desde el umbral de audición hasta niveles que pueden causar daño.

    Volumen vs. Intensidad

    • La intensidad es una medida objetiva de la energía sonora.
    • El volumen es una percepción subjetiva del sonido que varía entre individuos y depende de factores como la edad y la frecuencia del sonido.
    • Los sonidos más intensos generalmente se perciben como más fuertes.

    Ejemplo de la relación señal-ruido (SNR)

    • La SNR se utiliza para determinar la claridad de una señal de radio en relación con el ruido de fondo.
    • Se calcula como la diferencia en decibelios entre la potencia de la señal y la potencia del ruido.
    • Un SNR alto indica una señal clara y una buena calidad de comunicación.

    Niveles de referencia

    • El umbral de audición (0 dB) se utiliza como nivel de referencia para calcular la intensidad del sonido.
    • La fórmula 1dB=10 log⁡(P_2/P_1 ) se utiliza para calcular la diferencia en nivel de sonido entre dos sonidos.
    • Para una referencia dada, como el umbral de audición, la intensidad de los sonidos se representará en la parte positiva del eje y.

    Ancho de banda y capacidad de información

    • El ancho de banda de un canal de comunicaciones es la diferencia entre las frecuencias máxima y mínima que pueden pasar por el canal.
    • Ley de Hartley: La capacidad de información es proporcional al ancho de banda y al tiempo de transmisión.
    • Límite de Shannon: La capacidad de información de un canal está limitada por el ancho de banda y la relación señal a ruido.
    • Ejemplo: Un canal de banda de voz (2.7 kHz) con una relación señal a ruido de 1000 (30 dB) tiene un límite de Shannon de aproximadamente 26.9 kbps.

    Propagación de ondas electromagnéticas

    • Estándar IEEE 802.11: Define las frecuencias disponibles para redes inalámbricas (2.4 GHz, 3.6 GHz y 5 GHz).
    • Solapamiento de canales: Los canales en la banda de 2.4 GHz (14 canales con 5 MHz de separación) se superponen, lo que puede generar interferencias.

    Líneas de transmisión

    • Un sistema de conductores metálicos que transfieren energía eléctrica.
    • Consisten en dos o más conductores separados por un aislante, generalmente dieléctrico.
    • Se emplean para propagar tanto corriente directa como alterna.
    • A altas frecuencias, las características de las líneas de transmisión se vuelven más complejas.

    Propagación de ondas en líneas de transmisión

    • Las ondas electromagnéticas viajan más lento en líneas metálicas de transmisión que en el vacío.
    • Factor de velocidad: Relaciona la velocidad real de propagación en un medio con la velocidad de la luz en el vacío.
    • Inductancia y capacitancia: Influyen en la velocidad de propagación de la onda.

    Pérdidas en líneas de transmisión

    • Pérdida por calentamiento del conductor: Proporcional a la corriente eléctrica al cuadrado multiplicada por la resistencia.
    • Pérdida por calentamiento dieléctrico: Se produce cuando hay una diferencia de potencial entre los conductores.
    • Pérdida por radiación: Se produce cuando la separación entre los conductores es comparable a la longitud de onda.
    • Pérdida por acoplamiento: Se presenta en conexiones mecánicas o discontinuidades.
    • Efecto corona: Ruptura del dieléctrico.

    Frente de onda esférico y la ley del inverso cuadrado

    • Radiador isotrópico: Fuente que emite potencia de manera constante y uniforme en todas las direcciones.
    • Frente de onda esférico: La densidad de potencia disminuye inversamente al cuadrado de la distancia desde la fuente.
    • Ley del inverso cuadrado: La densidad de potencia es proporcional al inverso del cuadrado de la distancia.

    Atenuación y absorción de ondas

    • Atenuación: Disminución de la densidad de potencia con la distancia debido a la dispersión esférica de la onda.
    • Absorción: Pérdida de energía debido a la interacción de las ondas con la atmósfera.

    Tipos de ondas de radio

    • Ondas terrestres: Se propagan por encima de la superficie terrestre, adecuadas para frecuencias inferiores a 1.5 MHz.
    • Ondas espaciales: Se propagan a través del espacio, ideales para frecuencias muy elevadas.
    • Ondas ionosféricas: Se reflejan en la ionosfera, adecuadas para frecuencias entre 1.8 MHz y 8 MHz.

    La Ionosfera

    • La ionosfera está compuesta por tres capas principales: capa D, capa E y capa F.
    • La ionización de la ionosfera depende de la radiación solar.

    Capa D

    • Es la capa más baja de la ionosfera, ubicada entre 60 y 90 km sobre la superficie de la Tierra.
    • Tiene poca ionización debido a su mayor distancia del Sol.
    • Absorbe grandes cantidades de energía electromagnética durante el día.
    • Desaparece durante la noche.
    • Refleja las ondas VLF y LF.
    • Absorbe las ondas MF y HF.

    Capa E

    • Se encuentra entre 80 y 112 km sobre la superficie terrestre.
    • Refleja ondas de radio de baja frecuencia.
    • También se conoce como capa Kennelly-Heaviside.
    • Desaparece casi por completo durante la noche.
    • Refleja las ondas HF durante el día.
    • La parte superior de la capa E se conoce como capa E esporádica, que aparece y desaparece de forma impredecible.
    • La capa E esporádica surge durante destellos solares y actividad de manchas solares, mejorando la transmisión de radio a grandes distancias.

    Capa F

    • Se compone de dos capas: F1 y F2.
    • Durante el día, la capa F1 se ubica entre 140 y 250 km, mientras que la capa F2 está entre 250 y 350 km en verano.
    • Durante la noche, las capas se fusionan en una sola.
    • La capa F1 absorbe y atenúa algunas ondas HF.
    • La mayoría de las ondas atraviesan la capa F1, pero la capa F2 las refleja hacia la Tierra.

    Pérdida por Trayectoria del Espacio Libre

    • La pérdida por trayectoria del espacio libre no es una pérdida real de energía, sino una disminución de la densidad de potencia a medida que las ondas se alejan de la fuente.
    • Se debe a la ley del inverso cuadrado.
    • La ecuación para calcular la pérdida por trayectoria del espacio libre es: L_p=(4πD/λ)^2=(4πDf/c)^2.
    • L_p es la pérdida por trayectoria del espacio libre (adimensional).
    • D es la distancia en kilómetros.
    • f es la frecuencia en Hertz.
    • λ es la longitud de onda en metros.
    • c es la velocidad de la luz en el espacio libre.
    • La ecuación en dB es: L_(p(dB))=20 log⁡(4πDf/c).

    Ejemplo

    • Para una frecuencia de 6 GHz y una distancia de 50 km, la pérdida por trayectoria del espacio libre es: L_p=20×log⁡〖((4×π×6×10^9×50×10^3)/(3×10^8 ))〗≈141.9842dB.

    Antenas

    • Una antena es un dispositivo eléctrico que convierte señales eléctricas en ondas electromagnéticas y viceversa.
    • Existen diferentes tipos de antenas: dipolos, paneles, parabólicas, array y de cuadro.
    • Las antenas se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones, como la radiodifusión, las telecomunicaciones, los radares y los hornos de microondas.

    Guía de ondas

    • Una guía de ondas es una línea de transmisión formada por un tubo metálico que propaga energía electromagnética.
    • Es esencial que el material de la guía de ondas no absorba las microondas, por lo que se utiliza metal.

    Antena dipolo

    • Un dipolo eléctrico está formado por dos cargas de polaridad opuesta separadas.
    • La antena dipolo se caracteriza por una varilla metálica excitada externamente.
    • Una de las antenas más simples es la antena dipolo de media onda.

    Antena dipolo de media onda

    • Su longitud es la mitad de la longitud de onda de su frecuencia de operación.
    • La excitación de la antena se proporciona en el centro.
    • Su patrón de radiación es omnidireccional, parecido a una dona o toroide.
    • La polarización de la onda depende de la orientación de la antena (vertical u horizontal).

    Funcionamiento de la antena dipolo de media onda

    • La señal eléctrica aplicada al centro de la antena hace que los electrones se muevan, creando un campo electromagnético.
    • La oscilación de la corriente eléctrica en la antena genera ondas electromagnéticas que se propagan.
    • La antena dipolo de media onda opera como un resonador electrónico, produciendo ondas estacionarias.

    Patrón de radiación de la antena dipolo de media onda

    • Es omnidireccional, es decir, la señal se emite en todas direcciones.
    • La intensidad de la radiación es máxima en la dirección perpendicular al dipolo.

    Ventajas e inconvenientes de la antena dipolo de media onda

    Ventajas

    • No es sensible a la impedancia de entrada.
    • Su longitud es adecuada para las características de espacio libre.
    • No ocupa mucho espacio.
    • Es rentable.
    • Su impedancia de entrada coincide con la de la línea de transmisión.

    Inconvenientes

    • Se usa como elemento básico de otras antenas.
    • Su directividad está limitada.

    Antena Yagi-Uda

    • Es una antena direccional formada por varios elementos paralelos, generalmente dipolos de media onda.
    • Se compone de un dipolo, reflectores y directores.
    • El dipolo es el elemento activo que recibe o transmite la señal.
    • Los reflectores, más largos que el dipolo, reflejan las ondas electromagnéticas hacia adelante.
    • Los directores, más cortos que el dipolo, enfocan la energía de la señal en la dirección deseada.
    • El reflector bloquea ondas que vienen de la parte trasera del elemento accionado.
    • Los directores y el reflector influyen en el patrón de radiación de la antena, aumentando la intensidad de la señal en una dirección específica.

    Ejemplo de aplicación

    • Para calcular la separación de los directores en una antena Yagi-Uda para Wi-Fi, se utiliza la frecuencia de operación y las dimensiones de la antena.
    • La fórmula básica para calcular la longitud de onda es λ = c/f.
    • La separación entre los elementos se calcula con la fórmula D = λ/π.

    Simulación

    • Dipole Antenna - JavaLab
    • Radio Wave Communication - JavaLab
    • Electromagnetic Wave - JavaLab

    Números complejos

    • Los números complejos se pueden expresar como la suma de dos funciones reales: z = x + yi, donde z es el número complejo, x es la parte real e y es la parte imaginaria.
    • La notación para la raíz cuadrada de -1 se puede representar como i o j: i = j = √(-1).
    • Los números complejos se pueden visualizar en un plano cartesiano, donde el eje x representa la parte real y el eje y representa la parte imaginaria.
    • La forma polar de un número complejo describe su posición en coordenadas polares, utilizando un ángulo y una distancia desde el origen.

    Transformada de Fourier

    • La transformada de Fourier convierte una señal del dominio del tiempo al dominio de la frecuencia, permitiendo analizar las características de la señal, como su ancho de banda y sus componentes de frecuencia.

    • La transformada de Fourier es una herramienta fundamental en la modulación y demodulación de señales en telecomunicaciones.

    • Para obtener una medición precisa de las frecuencias en una señal, se requiere examinar su forma de onda en un intervalo infinito de tiempo.

    • El espectro de voltaje o corriente proporciona información sobre el nivel relativo de cada frecuencia.

    • La transformada de Fourier de una forma de onda w(t) se obtiene mediante la siguiente integral:

      W(f) = F[w(t)] = ∫(-∞)^∞ [w(t)] e^(-j2πft) dt

    • La transformada de Fourier inversa se utiliza para recuperar la forma de onda del tiempo w(t) a partir del espectro de frecuencia W(f):

      w(t) = ∫(-∞)^∞ W(f) e^(j2πft) df

    Ejemplos de Transformadas de Fourier

    • Ejemplo 1: Un pulso rectangular w(t) con duración T.

      • w(t) = 1 para -T ≤ t ≤ T, 0 para |t| > T
      • Transformada de Fourier: W(f) = 2T sinc(2πfT)
      • La gráfica de la transformada de Fourier muestra la amplitud de las frecuencias que componen la onda original.
      • Cuando la fase es cero, todos los armónicos (elementos de frecuencia) están en fase.
      • Si la fase es diferente de cero, los armónicos estarán desfasados.
    • Ejemplo 2: Un pulso rectangular desfasado w(t).

      • w(t) = 1 para 1-T ≤ t ≤ 1+T, 0 para t < 1-T o t > 1+T
      • Transformada de Fourier: W(f) = 2Tcos(ωT)sinc(ωT) + j(2Tsin(ωT)sinc(ωT))
      • La gráfica de la amplitud de las frecuencias muestra la amplitud de las frecuencias presentes en la señal.
      • El diagrama de fases espectrales muestra cómo varían las fases de las diferentes frecuencias de la señal.
    • Ejemplo 3: Un pulso exponencial con decaimiento, que se activa cuando t = 0.

      • w(t) = e^(-t) para t > 0, 0 para t < 0
      • Transformada de Fourier: W(f) = 1/(1+j2πf)
      • Este ejemplo ilustra cómo la transformada de Fourier puede ser aplicada a señales con decaimiento exponencial.

    Conceptos Importantes

    • Dominio del tiempo: Representación de la señal como una función del tiempo.
    • Dominio de la frecuencia: Representación de la señal como una función de frecuencia.
    • Sinc: Función matemática que aparece en las transformadas de Fourier de pulsos rectangulares.
    • Fase: Información que describe el desplazamiento temporal de una onda.
    • Armónicos: Componentes de frecuencia de una señal.
    • Espectro de frecuencia: Representación gráfica de la amplitud y fase de las frecuencias presentes en una señal.

    Sistemas 4f

    • Los sistemas 4f son configuraciones ópticas que utilizan lentes convergentes para realizar transformadas de Fourier en dos dimensiones, fundamentalmente para manipular las frecuencias espaciales de una imagen.
    • El sistema 4f se caracteriza por cuatro distancias focales (f) que separan el plano de entrada del plano de salida.
    • La luz que entra al sistema se colima para minimizar la longitud total.
    • La transparencia de entrada (g(x_1,y_1)) se ubica junto a la lente colimadora en el plano P1.
    • La segunda lente L2, ubicada a una distancia focal de la entrada, realiza la transformada de Fourier.
    • En el plano P2 se obtiene la transformada de Fourier de la entrada, G(x_2⁄λf,y_2⁄λf), multiplicada por una constante k1.
    • Se puede insertar un filtro A en el plano P2 para manipular las frecuencias de la imagen.
    • La función de transferencia deseada del filtro se representa por H.

    Filtros en sistemas 4f

    • Al modificar el plano de Fourier mediante filtros, se pueden alterar físicamente las frecuencias espaciales de la imagen.
    • Las frecuencias espaciales altas se encuentran más lejos del centro del plano de Fourier.
    • Un filtro pasa bajas (low-pass) bloquea las frecuencias altas, lo que produce una imagen más borrosa.
    • Un filtro pasa banda (band-pass) bloquea las frecuencias altas y bajas, permitiendo el paso de un rango específico de frecuencias.
    • Un filtro pasa altas (high-pass) bloquea las frecuencias bajas, resaltando los detalles finos de la imagen.

    Tipos de Filtros

    • Filtros Analógicos:
      • Pasivos: Atenúan la señal sin ganancia, utilizando componentes como condensadores, bobinas y resistencias.
      • Activos: Presentan ganancia en la señal de salida, incluyendo amplificadores.
    • Filtros Digitales: Se implementan como programas.
      • Paso Bajo: Permiten el paso de frecuencias bajas.
      • Paso Alto: Permiten el paso de frecuencias altas.
      • Paso Banda: Permiten el paso de un rango específico de frecuencias.

    Sistemas de Comunicación Electrónica

    • Los sistemas de comunicación electrónica se componen de una fuente, un destino y un medio de transmisión.
    • La información se puede transmitir en forma analógica (continua) o digital (discreta).
    • Los ejemplos de información analógica incluyen la voz humana, las imágenes de video y la música.
    • Los ejemplos de información digital incluyen números binarios, códigos alfanuméricos y símbolos gráficos.

    Señales Analógicas

    • Las señales analógicas se caracterizan por su variación continua en el tiempo, representando un rango amplio de valores.
    • Un micrófono es un ejemplo de una fuente de señal analógica.
    • La transmisión de señales analógicas suele ser sensible al ruido y las interferencias.
    • La transmisión analógica requiere menos ancho de banda en comparación con las señales digitales.

    Señales Digitales

    • Las señales digitales se caracterizan por su naturaleza discreta, tomando solo valores específicos (por ejemplo, 0 o 1).
    • Señales digitales se pueden amplificar sin perder calidad.
    • La conversión de señales analógicas a digitales se realiza a través de la modulación por pulsos codificados (PCM).
    • El proceso de conversión analógica a digital incluye tres pasos: muestreo, cuantificación y codificación.

    Muestreo

    • El muestreo implica tomar medidas periódicas de la amplitud de la señal analógica en intervalos específicos de tiempo.
    • La frecuencia de muestreo determina la calidad de la señal digital.

    Cuantificación

    • La cuantificación asigna un valor discreto a cada muestra.
    • La resolución de la conversión determina el rango de valores discretos disponibles.

    Codificación

    • La codificación representa cada valor cuantificado en código binario, formando secuencias de bits que constituyen la señal digital.

    Desventajas de las Señales Digitales

    • El proceso de muestreo puede provocar pérdida de información.
    • Los sistemas digitales requieren un procesamiento y gestión más complejos que los sistemas analógicos.
    • Los sistemas digitales necesitan un mayor ancho de banda para la comunicación.

    Señales periódicas

    • Las señales periódicas son una secuencia de perturbaciones que viajan una tras otra, siendo todas iguales y equidistantes.
    • Se trata de una onda que se repite en el tiempo y espacio con regularidad.
    • Un ejemplo de señal periódica son las ondas electromagnéticas.

    Señales no periódicas

    • Las señales no periódicas no siguen un ciclo de repetición específico.
    • Se caracterizan por ser ondas que se dan de forma aislada.
    • Un pulso es un ejemplo de onda no periódica.
    • Si se repite un pulso, las perturbaciones sucesivas presentan características diferentes.
    • Las señales no periódicas poseen componentes de todas las frecuencias.
    • Mediante el uso de la transformada de Fourier, cualquier señal aperiódica puede descomponerse en un número infinito de señales periódicas.

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